一种具有自愈功能的自动化配电网系统的制作方法

1.本实用新型属于配电自动化技术领域，具体涉及一种具有自愈功能的自动化配电网系统。


背景技术：

2.近年来，电力行业发展取得了举世瞩目的辉煌成就，供电能力充足、网架结构坚强、供电可靠性持续提升，有力支撑了经济社会的持续快速发展。随着自动化、通信等技术手段的发展，主网基本已实现电力设备运行状态实时监视、故障范围判断及故障设备自动隔离等功能，具备较高的自动化水平和明显的智能电网特征。
3.配电网处于整个电网的末端，具有分布广、供用电环境复杂、运行维护难度大等特点，长期以来缺乏有效的故障处理、运行监测、运维管理手段。此外，随着“电能替代”、电动汽车充电设施数量增长、分布式电源并网发电等外部环境变化，对供电安全、经济运行等方面带来了新的挑战。在“双碳”目标和全球能源互联网背景下，未来配电网将大量接入分布式电源、电力电子化设备，导致配电网的系统结构、运行方式和故障特性更加复杂。
4.发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有配电自动化设备老旧，配电自动化覆盖范围不够，适用性不强，配网自愈能力和设备自检水平较低。当配电自动化拓扑结构发生变化时，原有的自动化设备不适用，导致配网出现故障时，不能及时实现配网自愈功能。因此，基于自愈系统、物联网系统等对配电网进行智能化升级，实现配电网系统监控、故障监测、故障隔离自愈及就地运维，是配电网系统亟待解决的问题也是未来的发展方向。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有的配电自动化设备不适用，导致配网出现故障时，不能及时实现配网自愈功能的问题，提供一种具有自愈功能的自动化配电网系统。
6.解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：
7.一种具有自愈功能的自动化配电网系统，包括：配电模块和自愈模块；其中，配电模块包括：配电主站；至少两个变电站，所述变电站的一端与配电主站连接；与变电站另一端连接的多个开闭所；每个开闭所包括至少一段母线，至少部分母线配置一个自愈模块；
8.自愈模块包括：
9.多端线路差动检测单元，用于检测各开闭所之间联络线路故障；
10.母线差动检测单元，用于检测开闭所母线故障；
11.进出线过流检测单元，用于检测开闭所内每个进、出线间隔故障；
12.隔离单元，用于根据多端线路差动检测单元、母线差动检测单元和进出线过流检测单元的检测结果对故障开闭所实施隔离；
13.就地自愈单元，用于根据多端线路差动检测单元、母线差动检测单元和进出线过流检测单元的检测结果对无故障开闭所实施自愈；
14.通信单元，用于将隔离或自愈结果发送至配电主站，以及接收其他开闭所的自愈
模块的隔离或自愈结果，或者向其他开闭所的自愈模块的发送隔离或自愈结果。
15.可选的是，变电站向开闭所输出的电压为10kv及以下。
16.可选的是，直接与变电站连接的开闭所为第一级开闭所，变电站与第一级开闭所之间设有延时过流保护单元。
17.可选的是，自愈模块包括dtu配网自动化终端，所述dtu配网自动化终端包括内置集成的母线差动检测器，多端线路差动检测器，进出线过流检测器，备自投组件。
18.可选的是，每个开闭所包括两段母线，每段母线各配置一个自愈模块。
19.可选的是，通信单元包括5g通信接口和光纤通信接口。
20.本实用新型的具有自愈功能的自动化配电网系统中，采用同时具有多端线路差动检测、母线差动检测、进出线过流检测、隔离、就地自愈、通信等单元的自愈模块来快速维护配电模块，其中的自愈模块高度集成，具有多端线路差动保护、母线差动保护、馈线过流保护、goose自愈等功能，实现故障线路的定位、隔离和就地自愈，从而保障在配网出现故障时，可及时实现配网自愈功能。本实用新型的具有自愈功能的自动化配电网系统适用于包含各种开闭所的配网中，尤其适用于10kv及以下的开闭所配网中。其具有故障定位100％准确；故障隔离快，仅需35ms；最小区域隔离故障，停电范围最小；能适应分布式光伏新能源接入等任何复杂网架，适应任何配网网架；可使得全线路得到保护，实现无死角，且电源点变化对保护无影响；自愈全过程自动完成，实现仅200ms自愈；达到“零计划”停电目的。
附图说明
21.图1为本实用新型的实施例1的具有自愈功能的自动化配电网系统结构示意图；
22.图2为本实用新型的实施例2的具有自愈功能的自动化配电网系统中光纤通信的示意图；
23.图3为本实用新型的实施例2的自动化配电网系统具体联络动作逻辑示意图；
24.其中，附图标记为：1、配电模块；11、配电主站；12、变电站；13、开闭所；2、自愈模块。
具体实施方式
25.为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
26.实施例1：
27.本实施例提供一种具有自愈功能的自动化配电网系统，如图1所示，其包括配电模块1和自愈模块2；其中，配电模块1包括配电主站11；至少两个变电站12，所述变电站的一端与配电主站连接；与变电站12另一端连接的多个开闭所13；每个开闭所13包括至少一段母线，其中的至少部分母线配置一个自愈模块2；
28.自愈模块2包括：用于检测各开闭所之间联络线路故障的多端线路差动检测单元；用于检测开闭所母线故障的母线差动检测单元；用于检测开闭所内每个进、出线间隔故障的进出线差动检测单元；用于根据多端线路差动检测单元、母线差动检测单元和进出线过流检测单元的检测结果对故障开闭所实施隔离的隔离单元；用于根据多端线路差动检测单元、母线差动检测单元和进出线过流检测单元的检测结果对无故障开闭所实施自愈的就地
自愈单元；用于将隔离或自愈结果发送至配电主站，以及接收其他开闭所的自愈模块的隔离或自愈结果，或者向其他开闭所的自愈模块的发送隔离或自愈结果的通信单元。
29.本实施例的具有自愈功能的自动化配电网系统中，采用同时具有多端线路差动检测、母线差动检测、进出线过流检测、隔离、就地自愈、通信等单元的自愈模块来快速维护配电模块，其中的自愈模块高度集成，以使在配网出现故障时，可及时实现配网自愈功能。本实用新型的具有自愈功能的自动化配电网系统适用于各种开闭所，尤其适用于配网中10kv及以下的开闭所。
30.实施例2：
31.本实施例提供一种具有自愈功能的自动化配电网系统，如图1所示，其包括配电模块1和自愈模块2；其中，配电模块1包括配电主站11；至少两个变电站12，所述变电站的一端与配电主站连接；与变电站12的另一端连接的多个开闭所13；每个开闭所13包括至少一段母线，其中的至少部分母线配置一个自愈模块2；自愈模块2具体为dtu配网自动化终端，所述dtu配网自动化终端(简称dtu)包括内置集成的多端线路差动检测器，母线差动检测器，进出线过流检测器，备自投组件。
32.本实施例中利用进出线过流检测器实现进出线故障的快速定位、隔离，备自投组件的控制联络开关可实现非故障区域的快速恢复。配电网系统线路上各站所的dtu通过光纤横向通信，根据差动保护的特性精确定位、隔离故障点，再通过goose协议快速恢复非故障线路供电，整个过程就地完成，时间约300ms。基于差动保护的故障定位原理不受电源点变化和分布式电源接入的影响，对有源配电网更能准确定位故障、隔离故障。
33.其中，多端线路差动器中多条联络线路均可通过一台dtu装置实现差动，可支持8端差动，可以适应配网上联络线路多且复杂的问题，并可以节省成本。相较于现有的纵联差动，多端差动配置数量少，不需要交换机。
34.在一个具体实施例中，如图1所示，该配电网系统的线路任意处发生故障，例如f1发生故障，则相应dtu的母线差动检测器快速动作，该动作小于40ms，其自动跳开故障线路两侧的断路器1dl、2dl，然后差动检测器的引发使得其他无故障的开闭所就地自愈，同时联络开关执行命令联络3dl常开联络开关，实现转供，完成自愈流程，整个自愈过程仅仅200ms。
35.一般开闭所的站所内的两段母线属于不同线路，作为本实施例中的一种可选实施方案，站内不同线路的每段母线需各配置一台自愈装置。更具体的，当站所位于线路支路或末端时，自愈装置仅用于差动保护不需投入自愈功能时，两段母线可只配置一台自愈装置。
36.可选的是，如图2所示，不同开闭所的dtu与dtu的信息交互可以根据现场实际应用环境使用光纤通信，同时，自愈模块均预有留5g接口，和配电主站的纵向通信仍可以使用现有通信技术，例如传统光纤。dtu之间横向通信，其中的多端线路差动检测单元使用iec61850-9-2(电子式互感器规约)简化版协议，就地自愈单元使用goose协议。与配电主站使用101协议。
37.需要说明的是，变电站向开闭所输出的电压为10kv及以下。也就是说，本实用新型设计的主要应用对象是用于配网中。
38.在一个具体实施例中，直接与变电站连接的开闭所为第一级开闭所，变电站与第一级开闭所之间设有延时过流保护单元。也就是说，变电站至第一级站所之间的线路依靠
变电站出线过流i段，延时0.3s；或将过流i段的保护范围缩短到第一级站所以内，过流ii段延时设为0.3s，在被保护区域内发生故障时，无需变电站跳闸即可快速实现故障隔离，故障隔离完成后通过自愈合闸快速实现非故障时的失电区域的恢复。
39.需要说明的是，dtu与配电主站配合具体为：dtu主动上送自愈结果至配电主站，配电主站根据就地自愈结果决定是否启动主站自愈，也就是说，如果就地自愈成功，闭锁主站自愈；如果就地自愈失败，启动主站自愈，形成主备自愈系统，有效保障供电。dtu与配电主站属于主备关系。当dtu动作失效时，发送动作失败信号至配电主站，此时配电主站按照配电主站系统动作逻辑启动自愈，在此不再赘述。
40.在一个实施例中，如图3所示，f3处正常运行时，985#开闭所自愈装置和1641#开闭所自愈装置采集的1dl、2dl开关的电流大小相等，方向相同，差流(两侧电流矢量计算)为零。
[0041][0042]
当联络线发生故障时，如985#开闭所和1641#开闭所之间的f3处，电流流向故障点且电流增大，产生差流，当差流大于设定的定值时，两台dtu的差动保护动作，跳开故障点两侧开关1dl、2dl，隔离故障，同时1641#开闭所、1861#开闭所、1862#开闭所、3051#开闭所i段失电。985#开闭所dtu自愈装置和1641#开闭所dtu自愈装置确认故障隔离后(故障隔离判据：开关位置为分位且无流)，再通过goose协议将差动保护动作信息发送至1862#开闭所自愈装置；1862#开闭所联络开关所在的dtu自愈装置通过定值参数设置为系统自愈，其余所有dtu自愈装置的差动保护动作后需要合联络开关进行自愈时都发送动作信息到1862#开闭所dtu自愈装置。
[0043]
1862#开闭所dtu自愈装置收到985#开闭所dtu自愈装置和1641#开闭所dtu自愈装置发送的差动动作信息后，合上15dl联络开关；
[0044]
完成转供，恢复1641#开闭所、1861#开闭所、1862#开闭所、3051#开闭所i段运行，整个自愈过程约300ms。
[0045]
联络线路f7处发生故障时：(1)故障点两侧开关的dtu自愈装置检测到差流，差动保护动作；(2)跳开故障点两侧开关5dl、6dl，隔离故障点，自愈功能不启动。
[0046]
站内母线f1处发生故障时：(1)故障点的自愈装置检测到母线差流，母线差动保护动作；(2)跳开该母线上的所有开关，隔离故障点；(3)确认故障隔离后，启动自愈功能；(4)故障点的自愈装置通过goose协议发送动作信息至15dl联络开关的自愈装置；(5)15dl联络开关的自愈装置收到goose信息，合上15dl，恢复非故障区域运行，转供结束。整个自愈过程约300ms。
[0047]
站内母线f8处发生故障时：(1)故障点的5g自愈装置检测到母线差流，母线差动保护动作；(2)跳开该母线上的所有开关，隔离故障点，自愈功能不启动。
[0048]
馈线f2处发生故障时：(1)馈线开关所在的自愈装置过流保护动作；(2)分开馈线开关，隔离故障点，自愈功能不启动。
[0049]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种具有自愈功能的自动化配电网系统，其特征在于，包括：配电模块和自愈模块；其中，配电模块包括：配电主站；至少两个变电站，所述变电站的一端与配电主站连接；与变电站另一端连接的多个开闭所；每个开闭所包括至少一段母线，至少部分母线配置一个自愈模块；自愈模块包括：多端线路差动检测单元，用于检测各开闭所之间联络线路故障；母线差动检测单元，用于检测开闭所母线故障；进出线过流检测单元，用于检测开闭所内每个进、出线间隔故障；隔离单元，用于根据多端线路差动检测单元、母线差动检测单元和进出线过流检测单元的检测结果对故障开闭所实施隔离；就地自愈单元，用于根据多端线路差动检测单元、母线差动检测单元和进出线过流检测单元的检测结果对无故障开闭所实施自愈；通信单元，用于将隔离或自愈结果发送至配电主站，以及接收其他开闭所的自愈模块的隔离或自愈结果，或者向其他开闭所的自愈模块的发送隔离或自愈结果。2.根据权利要求1所述的具有自愈功能的自动化配电网系统，其特征在于，变电站向开闭所输出的电压为10kv及以下。3.根据权利要求1所述的具有自愈功能的自动化配电网系统，其特征在于，直接与变电站连接的开闭所为第一级开闭所，变电站与第一级开闭所之间设有延时过流保护单元。4.根据权利要求1所述的具有自愈功能的自动化配电网系统，其特征在于，自愈模块包括dtu配网自动化终端，所述dtu配网自动化终端包括内置集成的多端线路差动检测器，母线差动检测器，进出线过流检测器，备自投组件。5.根据权利要求1所述的具有自愈功能的自动化配电网系统，其特征在于，每个开闭所包括两段母线，每段母线各配置一个自愈模块。6.根据权利要求1所述的具有自愈功能的自动化配电网系统，其特征在于，通信单元包括5g通信接口和光纤通信接口。

技术总结
本实用新型提供一种具有自愈功能的自动化配电网系统，属于配电自动化技术领域，其可解决现有的配电自动化设备不适用，导致配网出现故障时，不能及时实现配网自愈功能的问题。本实用新型的具有自愈功能的自动化配电网系统中，采用同时具有多端线路差动检测、母线差动检测、进出线过流检测、隔离、就地自愈、通信等单元的自愈模块来快速维护配电模块，其中的自愈模块高度集成，具有多端线路差动保护、母线差动保护、馈线过流保护、GOOSE自愈等功能，实现故障线路的定位、隔离和就地自愈，从而保障在配网出现故障时，可及时实现配网自愈功能。能。能。


技术研发人员：杨暄 闫丽 牛春节 张斌 李令扬 陈涛 霸文杰 郝琳 付真 邢凤龙 李晓玉 刘思瑾 郭文健 刘宁 张琛 韩旸 师静雅 赵栩颖 郭栋 李晓娜 迟玉新 王明涛 温娜
受保护的技术使用者：石家庄电业设计研究院有限公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/5/25